uppfyller läroböcker i fysik...

0

LÄRARPROGRAMMET

Uppfyller läroböcker i fysik kursmålen? - en analys av fyra läroböcker i Fysik 2 kopplat till de kvantmekaniskt relaterade delarna av kursplanen.

Gustaf Lundberg

Examensarbete 15 hp

Avancerad nivå

Höstterminen 2017

Handledare: Arvid Pohl

Examinator: Conny Sjögren

Institutionen för utbildningsvetenskap

2

Sammanfattning

I detta examensarbete har fyra läroböcker för Fysik 2 i gymnasieskolan studerats för

att utreda hur väl de följer ämnesplanen och kursplanen. De delar av kursböckerna

som har en kvantmekanisk koppling har identifierats och analyserats. Analysen har

dels varit kvantitativ, men även kvalitativ. Den kvalitativa delen av analysen har skett

med ett sedan tidigare utvecklat analysverktyg som kopplar samman ämnesplanens

centrala innehåll med kunskaper och förmågor i läroplanen.

Analysen visar att läroböckerna generellt sett följer ämnesplanen och det centrala

innehållet, men att det böckerna sinsemellan finns tydliga skillnader i hur de väljer att

presentera innehållet samt i vilken utsträckning de kopplar samman det centrala

innehållet med kunskaperna och förmågorna från läroplanen.

Nyckelord: fysik, kvantmekanik, läromedel, lärobok, textanalys, gymnasieskolan,

ämnesplan, centrala innehållet

3

Innehållsförteckning

SAMMANFATTNING...................................................................................................... 2

INNEHÅLLSFÖRTECKNING ......................................................................................... 3

1 INLEDNING.............................................................................................................. 5

1.1 Syfte ...................................................................................................................... 5

1.2 Litteraturgenomgång ............................................................................................. 5

1.3 Läroplanen, ämnesplanen och kursplanen ............................................................ 6

1.4 Centralt innehåll .................................................................................................... 7

1.5 Frågeställningar..................................................................................................... 7

2 METOD ..................................................................................................................... 8

2.1 Läromedel ............................................................................................................. 8

2.2 Analysverktyg ....................................................................................................... 8

2.3 Uppdelning av centralt innehåll .......................................................................... 12

3 RESULTAT ............................................................................................................. 13

3.1 Ergo ..................................................................................................................... 13

3.1.1 Hur begreppen, modellerna, teorierna och arbetsmetoderna beskrivs . 13

3.1.2 Problemförståelsen ............................................................................... 14

3.1.3 Verklighetsanknytning ......................................................................... 15

3.2 Fysik .................................................................................................................... 15




3.3 Heureka ............................................................................................................... 17




3.4 Impuls ................................................................................................................. 19




3.5 Läroböckernas innehåll ....................................................................................... 22

3.5.1 Ergo ...................................................................................................... 22

3.5.2 Fysik ..................................................................................................... 25

3.5.3 Heureka ................................................................................................ 28

4

3.5.4 Impuls .................................................................................................. 31

3.6 Jämförelse av läromedlen ................................................................................... 34

4 DISKUSSION .......................................................................................................... 37

REFERENSER ................................................................................................................ 39

5

1 Inledning

I skolan har läromedel, och speciellt läroböcker, en tydlig styrande funktion över

undervisningens innehåll (Skolverket, 2006). Fram till 1991 hade Statens Institut för

Läromedel i uppgift att kontrollera och styra innehållet i läromedlen, men sedan dess

har ingen sådan funktion funnits (Skolverket, 2006). Därför är det av stor vikt att de

läromedel som finns på marknaden, och som används i skolan, studeras och

analyseras för att säkerställa att de följer läroplanen på ett godtagbart sett.

Skolinspektionen fann vid en granskning av tre läromedel för grundskolans senare del

att ingen av de läroböckerna ”hanterar hela uppdraget” (2010, 14). Vidare fastslog de

att fysikens arbetssätt ofta hamnade i skymundan och att böckernas fokus i samtliga

fall nästan uteslutande låg på att beskriva naturvetenskapliga resultat.

De delar av ämnesplanen i Fysik 2 som innefattar kvantmekaniskt relaterade mål har

tidigare studerats (Åman, 2007) och visade på att böckerna hade brister i sin

framställning av materialet. De kvantmekaniskt relaterade delarna av Fysik 2 är

intressanta att studera då de konceptuellt ställer höga krav på eleverna och deras

förståelse. Mycket av materialet skulle kunna klassas som modern fysik även om det

är cirka 100 år gamla upptäckter och mycket av tekniken i dagens samhälle bygger på

dessa upptäckter. Där finns även en chans för läroböckerna att anknyta till de nya

modellerna och kunskapen till elevernas vardag. I och med att det sedan Åmans studie

(2007) har tillkommit en ny läroplan och att läroböckerna således måste ha bearbetats

för att uppfylla de nya målen är det av intresse att försöka ta reda på hur situationen

ser ut nu.

Målet med denna studie blir därmed att undersöka hur väl läroböcker för Fysik 2

följer ämnesplanen och kursplanen, vilka fakta som uppkommer om de

kvantmekaniskt relaterade delarna samt hur läroböckerna kopplar samman det med de

kunskaper och förmågor som ska komma eleverna tillgodo.

1.1 Syfte

Syftet är att undersöka hur läroböcker för Fysik 2 i gymnasiet tar upp och presenterar

de kvantmekaniskt relaterade delarna samt hur väl de uppfyller målen i ämnesplanen

och läroplanen.

1.2 Litteraturgenomgång

En studie rörande kvantmekaniskt relaterade delar av dåvarande Fysik B utfördes av

Åman (2007) och kopplades således till den dåvarande läroplanen Lpf 94 (SKOLFS

2000:49). Syftet med studien var att ”genom en textanalys utifrån dessa identifierade

kursmål, beskriva hur fem gymnasieläroböcker i fysik B tar upp de utvalda

målbeskrivningarna.” Åman anser, utifrån de studerade läromedlen, att det finns stora

problem med att skapa bra förutsättningar för att eleven ska kunna få tillräcklig

kunskap om atomers struktur. Vidare anser Åman att läromedlen ger en godkänd

6

grund att stå på gällande sambandet mellan energinivåer och atomspektra samt att de

uppfyller kriterierna mer än väl angående fotonbegreppet.

Lagerholm (2015) analyserar fyra läromedel för Fysik 2 för att försöka ta reda på hur

väl de överensstämmer med ämnesplanen i fysik och läroplanen för gymnasieskolan.

Lagerholm anser att resultatet visar på hur ämnesplanen och det centrala innehållet är

styrande över innehållet i läroböckerna, men att kunskaper och förmågor förbises i

större utsträckning och att läroboksförfattare inte anser att de lämpar sig för

läroböcker efter att ha intervjuat dem i frågan.

Östrand (2005) har i intervjuer med lärare i naturkunskap och biologi på gymnasiet

sett att lärare använder läroböcker i olika grad beroende på vad de vill förmedla till

eleverna. Lärarna som ville förmedla en djupare förståelse använde i mindre grad

läroböckerna och utgick istället från sig själva samt flera andra källor för att bygga

upp undervisningen. Andra lärare, som var måna om att täcka hela bokens

ämnesområde, valde att utgå från och följa läroboken till stor del. Östrand anser själv

att det finns en risk för att främja ytinlärning om man som lärare följer läroboken i för

hög grad och att man kan behöva göra viss selektion av materialet själv.

Shiland (1997) undersökte åtta läroböcker om de kunde ersätta befintlig kunskap hos

eleverna om Bohrs atommodell med en ny teori, den kvantmekaniska modellen,

utifrån teorin om ackommodation av ett vetenskapligt koncept (Posner et al. 1982).

Shiland fann att böckerna inte gav tillräcklig grund för att kunna rationellt acceptera

den kvantmekaniska modellen genom Posners et al. fyra villkor; missnöje, tydlighet,

rimlighet och produktivitet (dissatisfaction, intelligibility, plausibility, fruitfulness).

I Skolinspektionens studie av fysikläromedel i grundskolans senare år (2010), där tre

vanligt förekommande läroböcker studerats, visar resultatet att det finns en avsaknad

av många viktiga perspektiv i läromedlen. Vidare visar studien att fysikämnet

porträtteras som en uppsättning historiskt kända fakta som eleverna behöver lära sig.

Fysikämnets läromedel anses inte vara i linje med de styrdokument de ska följa och

att innehållets betydelse för sin verklighetskoppling inte är tillräcklig.

Calderon (2012a) tar upp hur nyupplagor av läroböcker ibland är väldigt lika de

gamla, och att de skulle kunna arbetas om mer för att överensstämma bättre med de

förändringar i kursplanerna som har dykt upp. Calderon (2012b) tar även upp hur det

är upp till läraren att kunna göra ett didaktiskt val och kunna skilja mellan kursplanen

och läromedlen då det inte är säkert att en lärobok täcker allt i kursplanen även om

den utger sig för att göra det.

1.3 Läroplanen, ämnesplanen och kursplanen

Läroplanen för gymnasieskolan, Lgy11 (Skolverket, 2011b), infördes 2011 genom en

förändring av Skollagen (Skollag, 2010:800). I och med den nya läroplanen infördes

en ny betygsskala, A-F, där A är högst och F är underkänt, samt förändrat innehåll i

gymnasieskolans kursplaner. De tidigare kurserna Fysik A och Fysik B ersattes med

Fysik 1, Fysik 2 och Fysik 3. I ämnesplanen för Fysik finns det dels en beskrivning av

7

fysik som ämne, syftet för ämnet, kunskaper och förmågor som undervisningen ska ge

eleverna förutsättningar att utveckla samt de centrala innehållen för att kurser i fysik

(Skolverket, 2011a). I kursplanen finns det centrala innehållet och kunskapskraven.

Det centrala innehållet för Fysik 2 är uppdelat i fyra olika kategorier som var och en i

sin tur är indelade i flera underkategorier. De fyra huvudkategorierna är som följer:

• Rörelse och krafter

• Vågor, elektromagnetism och signaler

• Universums utveckling och struktur

• Fysikens karaktär, arbetssätt och matematiska metoder

1.4 Centralt innehåll

Från det centrala innehållet för Fysik 2 (Skolverket, 2011a) finner man att två av

punkterna täcker de delar av kursen som innehåller de kvantmekaniskt relaterade

punkterna.

• Våg- och partikelbeskrivning av elektromagnetisk strålning. Orientering om

elektromagnetiska vågors utbredning. Fotoelektriska effekten och

fotonbegreppet.

• Materiens vågegenskaper: de Broglies hypotes och våg-partikeldualism.

Orientering om elektromagnetiska vågors utbredning är den del som inte kommer att

tas med i analysen då den inte anses kunna kopplas enkelt till kvantmekaniken.

1.5 Frågeställningar

1) Hur presenteras de kvantmekaniska delarna i kursplanen för Fysik 2 utifrån

de kvantitativa parametrarna

a) Sidomfång

b) Antal övningsuppgifter

c) Antal exempel

2) Hur väljer författarna att lägga upp och beskriva de kvantmekaniska delarna i

kursplanen?

3) Vilka fakta framkommer om de kvantmekaniska delarna i kursplanen?

4) I vilken grad skapar läroböckerna förutsättningar för att uppfylla de

kvantmekaniskt relaterade målen i kursplanen?

8

2 Metod

2.1 Läromedel

De fyra läromedel som är valda för denna analys utgör vid tidpunkten för detta arbete

samtliga läromedel för Fysik 2 på gymnasiet.

• Ergo Fysik 2 (Nilsson et al. 2012)

• Fysik – Fysik 1 och 2 (Gustafsson, 2015)

• Heureka! Fysik Kurs 2 Lärobok (Alphonce et al. 2012)

• Impuls Fysik 2 (Fraenkel et al. 2012)

De kommer att refereras som Ergo, Fysik, Heureka respektive Impuls hädanefter.

Endast Fysik täcker mer än bara Fysik 2 då den även innehåller material för Fysik 1.

Då den är tydligt uppdelad mellan de två kurserna kommer endast delen för Fysik 2

att användas för analysen och resterande sidor kommer ej att betraktas som en del av

till exempel det totala antalet sidor i boken. Ergo, Heureka och Impuls är alla

publicerade 2012, strax efter införandet av Lgy 11 (Skolverket, 2011b) medan Fysik

är publicerad 2015. Digitala versioner av Ergo, Heureka och Impuls är de som är

analyserade i detta arbete och eventuellt extramaterial som endast finns digitalt ingår

ej i analysen. För boken Fysik är det den fysiska versionen som är analyserad.

Bokförlagen bakom de ovanstående läroböckerna kontaktades alla med en förfrågan

om prov- eller cirkulationsexemplar på deras fysiska böcker eller onlineböcker.

Studentlitteratur AB skickade en fysisk bok. Natur & Kultur delade med sig av ett

halvårs åtkomst av deras onlinebok. Gleerups hänvisade mig till deras 30-dagars

prova på-bok. Liber svarade ej. I de fallen onlineversioner användes gjordes en

kontroll med fysiska motsvarigheter för att säkerställa att deras innehåll inte skilde sig

åt.

2.2 Analysverktyg

Metoden för denna studie är innehållsanalys, vilket kan definieras enligt följande:

Innehållsanalys utgör en forskningsteknik som rör en objektiv, systematisk och

kvantitativ beskrivning av det konkreta eller manifesta innehållet i kommunikationen.

(Berelson, 1952).

I studien kommer både kvantitativ och kvalitativ innehållsanalys att användas.

Kvantitativ innehållsanalys syftar till att kvantifiera innehållet utifrån kategorier som

bestämts i förväg (Bryman, 2011). En kvalitativ innehållsanalys inbegriper ett

sökande efter bakomliggande teman i det material som analyseras (Bryman, 2011).

Den kvantitativa delen av innehållsanalysen sker genom att räkna antalet sidor,

exempel och uppgifter som rör de kvantmekaniskt relaterade delarna, och sedan

jämföra dessa med det totala antalet sidor i boken.

9

Den kvalitativa delen av textanalysen kommer att utgå från ett sen tidigare utvecklat

och använt analysverktyg (Lagerholm, 2015). Verktyget utformades som ett

poängsystem för hur väl läromedel följer ämnes- och läroplanen i kursen Fysik 2 i

gymnasiet. Analysverktyget mäter de delar av ämnesplanen som enligt Lagerholm

”enkelt förväntas kunna visualiseras eller beskrivas i en lärobok, dvs. kunskaper och

förmågor som kan tillhandahållas genom text och illustrationer.” (2015, 21). Utifrån

den formuleringen är det följande tre delar av ämnesplanen (Skolverket, 2011a) som

kan analyseras:

• Kunskaper om fysikens begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder samt

förståelse av hur dessa utvecklas.

• Förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att

identifiera, formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och

värdera valda strategier, metoder och resultat.

• Kunskaper om fysikens betydelse för individ och samhälle.

Utifrån dessa tre punkter, eller kategorier, ställer sedan Lagerholm upp ett flertal

underkategorier som var och en har en gradering som kan gå från 1 till 3 (2015, 23–

25). Ju högre resultat på graderingen desto mer anses det analyserade avsnittet följa

ämnesplanen. Nedan följer analysverktygets kategorier utvecklade av Lagerholm

(2015).

Kategori #1

• Hur väl beskrivs/förklaras momentet (begreppet, modellen, teorin eller

arbetsmetoden)?

Tar läroboken upp de begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder som finns

listade i det centrala innehållet och i vilken utsträckning.

o Begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden definieras

1. Definitionsruta finns, alternativt momentet definieras i texten.

2. Momentet definieras och en förklarande text finns.

o Momentet (begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden) visas

genom ett eller flera exempel.

Begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden förklaras ytterligare

genom ett förklarande exempel.

1. Minst ett exempel beskriver momentet.

2. Minst ett exempel med beräkningar beskriver momentet.

o Förklarande figur

Begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden förklaras ytterligare

genom en illustrerande figur som kompletterar textförklaringen.

1. Minst en illustrerande figur.

2. Minst en illustrerande figur som anknyter till exemplet eller till

texten.

o Matematiska förklaringar och härledningar

10

Begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden förklaras med hjälp

av matematik, detta bygger på att enligt läroplanen ska matematik

både ses som en särart men även som ett verktyg för andra ämnen,

vilket betyder att matematik behöver implementeras i fysiken utöver

räkneuppgifter.

1. Matematisk förklaring (som inte syftar på ett exempel).

2. Full matematisk härledning av momentet.

o Experimentell beskrivning, av antingen historiskt eller nutida.

Begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden förklaras med hjälp

av ett experiment. Ämnesplanen säger nämligen bland annat att de

teorier och modeller som används inom fysiken inte bara ska förklaras,

utan även hur de utvecklas, vilka begränsningar de har och deras

giltighetsområden, detta blir tydligare i experiment.

1. Ett experiment nämns.

2. Experimentet beskrivs i korta drag.

3. Experimentet beskrivs utförligt, utifrån texten skulle en

laboration kunna utföras om utrustningen finns tillgänglig.

Kategori #2

• Hur väl kan problemen i läroboken ge eleverna förmågan att analysera och

reflektera över problemlösningen?

Tar läroboken upp problem och uppgifter för de begrepp, modeller, teorier

och arbetsmetoder som finns listade i det centrala innehållet och i vilken

utsträckning behöver eleverna t. ex. analysera och reflektera över dessa.

o Förståelsen i räkneuppgifterna

Räkneuppgifter är väldigt vanliga i fysikläroböcker, men finns det mer

utmanande räkneuppgifter som t. ex. använder sig av tolkning av

grafer vilket är en förmåga som nämns i ämnesplanen.

1. Endast enklare räkneuppgifter, av typen sätta in tal i en känd

formel.

2. Räkneuppgifter, men även uppgifter som kräver större

förståelse, t. ex. grafer, omskrivning utan formler krävs.

o Analyserande/reflekterande problemuppgifter

Finns andra uppgifter än räkneuppgifter i läroboken, och kräver dessa

att eleverna har en värderande förmåga?

1. Uppgifter som kräver att eleverna själva uppskattar värden och

rimligheten.

o Uppgifter som knyter an till större förståelse

Finns det uppgifter som bygger på kända begrepp, modeller, teorier

eller arbetsmetoder som tagits upp i tidigare delar av

kursen/läroboken, dvs. uppgifter som bygger på elevernas förmåga att

koppla samman olika kunskaper.

11

1. Uppgifter som kopplas samman de ”nya” momenten med

tidigare moment.

Kategori #3

• Vilken grad av verklighetsanknytning finns i läroböckerna?

En av punkterna i ämnesplanen är att få kunskaper om fysikens betydelse för

individ och samhälle, detta görs enklast genom att hoppla samman de

begrepp, modeller, teorier eller arbetsmetoder som finns i det centrala

innehållet med t. ex. fenomen eller teknisk utrustning som eleverna har

kännedom om. Därför analyseras även läroboken utifrån om den tar upp

exempel på fenomen, utrustning mm. som är till nytta för oss som individer

men även för samhället i stort.

o Begreppet, modellen, teorin eller arbetsmetoden nämns som ett

fenomen i verkligheten.

Ger läroboken ett exempel på när begreppet, modellen, teorin eller

arbetsmetoden är kopplat till verkligheten och inte endast som en teori

i boken.

1. Nämns endast att fenomenet finns.

T. ex. fenomenet sjöbris kan förklaras med ideala gaslagen,

men en förklaring hur detta

2. Verklighetsanknytningen förklaras.

T.ex. fenomenet sjöbris förklaras utifrån temperaturskillnader

med hjälp av ideala gaslagen.

o Nyttan (mänsklighetens utveckling eller säkerhet) med begreppet,

modellen, teorin eller arbetsmodellen i verkligheten.

Ger läroboken ett exempel på när begreppet, modellen, teorin eller

arbetsmetoden är kopplat till verkligheten och hur det hjälper oss t.ex.

medicinska instrument, strålbehandling, energiproduktion.

1. Nämns att det används.

2. Förklarar nyttan med att fenomenet används i verkliga livet.

12

2.3 Uppdelning av centralt innehåll

För att kunna använda analysverktyget och dess kategorier behöver det centrala

innehållet även delas upp i olika avsnitt för att kunna analyseras. De två punkterna

som tas upp i denna analys har här delats upp i följande sju avsnitt:

• Våg- och partikelbeskrivning av elektromagnetisk strålning

• Fotoelektriska effekten

• Fotonbegreppet

• Materiens vågegenskaper

• Atomens elektronstruktur

• Absorptionsspektra

• Emissionsspektra

För vart och ett av dessa avsnitt kommer analysverktyget att appliceras och en poäng

utdelas.

13

3 Resultat

Resultatdelen inleder med att för varje bok presentera resultaten från analysen utifrån

analysverktyget, dels i tabellform men även i textform. Utöver det presenteras de

kvantitativa parametrarna sidomfång, antal exempel och antal uppgifter. Därefter

presenteras ett sammandrag av det läroboksinnehåll som har analyserats.

3.1 Ergo

Ergo har i kapitel 3, Kvantfysik, lagt majoriteten av material som relaterar till de

kvantmekaniska delarna av det centrala innehållet. Svartkroppsstrålning har de förlagt

sist i kapitel 7 om induktion och under rubriken Elektromagnetiska vågor. I Tabell 1

presenteras resultatet från analysen utifrån analysverktygets kategorisering.

3.1.1 Hur begreppen, modellerna, teorierna och arbetsmetoderna beskrivs

Ergo definierar momenten väl och använder ofta definitionsrutor mitt i texten för att

de viktiga grunderna i momenten ska stå ut och vara lätta att se. Atomens

elektronstruktur tar likt de andra böckerna upp Bohrs atommodell och väteatomen och

vilka energier de olika nivåerna i väteatomen har. Dock så tar de inte upp hur

elektronerna kan placeras i väteatomen eller fyllas på i någon annan atom. Fastän de

har en figur med Bohrs atommodell så sägs det inget om hur en enkel elektronstruktur

med skal som K, L, M osv ser ut.

Det finns rikligt med exempel för de olika momenten och för alla, utom

Absorptionsspektra, finns det även med beräkningar. Bara för termisk strålning finns

det sex exempel att tillgå där alla utom det första innefattar beräkningar som är

kopplade till texten.

Ergo har figurer till alla moment som relateras till texten och i vissa fall även

exempel.

I endast två av momenten utdelas poäng för den matematiska förklaringen,

Fotoelektriska effekten och Fotonbegreppet. I det första fallet är det för förklaringen

som leder fram till Einsteins fotoelektriska formel

ℎ𝑓 = 𝑊𝑢 + 𝑊𝑘

och sedan vad som händer för de olika fotonenergierna. I det senare fallet börjar

boken med energin enligt relativitetsteorin,

𝐸2 = 𝑝2𝑐2 + 𝑚2𝑐4

och erhåller till slut

𝑝 =ℎ

𝜆

som rörelsemängd för en foton.

14

I avsnittet om Materiens vågegenskaper nämner de Thomsons experiment där

elektroner skjuts mot en tunn metallfolie och böjs av precis som ljus som passerar ett

gitter. I momenten Fotoelektriska effekten tar boken upp ett helt experiment med

uppställning, genomförande och resultat som går ut på att bestämma en metalls

utträdesarbete när metallen är okänd.

Tabell 1: Sammanfattning av de poäng som Ergo har tilldelats av analysen. Kolumn 1 innehåller

kategorier från analysverktyget och kolumn 2–8 de moment som rör de kvantmekaniska

delarna av det centrala innehållet.

Begrepp, modell, teori och arbetsmetod V

åg-

och

par

tik

elb

esk

riv

nin

g a

v

elek

tro

mag

net

isk

str

åln

ing

Fo

toel

ektr

isk

a ef

fek

ten

Fo

ton

beg

rep

pet

Mat

erie

ns

våg

egen

skap

er

Ato

men

s el

ektr

on

stru

ktu

r

Ab

sorp

tio

nss

pek

tra

Em

issi

on

ssp

ektr

a

Kategori #1

Definieras 2 2 2 2 2 2 2

Exempel 2 2 2 2 2 0 2

Figur 2 2 2 2 2 2 2

Matematik 1 1 2 1 1 0 0

Experiment 0 3 3 1 0 0 0

Kategori #2

Räkneuppgifter 2 1 1 2 2 1 1

Analyserande/ reflekterande 1 0 0 1 1 1 1

Större förståelse 1 0 0 0 1 0 0

Kategori #3

Verklighetsanknytning 2 2 2 0 0 2 2

Nyttan med fenomenet 0 2 2 2 0 2 2

Totalt 13 15 16 13 11 10 12

3.1.2 Problemförståelsen

I slutet på varje kapitel i Ergo finns det olika avsnitt med uppgifter, självtest och

hemlaborationer. Räkneuppgifterna är uppdelade i Räkna Fysik, Diskutera Fysik,

Resonera Fysik och Uppskatta Fysik. Ergo går till synes långt för att uppfylla

problemförståelsen och i förlängningen uppfylla ämnesplanen och det centrala

innehållet. Under Räkna Fysik finns det uppgifter som är markerade med röd stjärna

och som är mer krävande än de andra uppgifterna. Resultaten för denna studie med ett

sånt heltäckande format är att poängen i problemförståelse blir genomgående hög. En

mer utmanande räkneuppgift för momentet Absorptionsspektra hade varit bra.

15

Större förståelse får dock endast poäng för Våg- och partikelbeskrivning av

elektromagnetisk strålning samt Atomens elektronstruktur. I det första fallet för en

uppgift där fältstyrka och flödestäthet kopplas samman med det nya momentet. I det

andra fallet för en uppgift där läsaren måste räkna relativistiskt för att kunna lösa

uppgiften.

3.1.3 Verklighetsanknytning

Ergo gör många kopplingar till verkligheten och visar även i många fall vad nyttan av

dem är för människor. Till exempel så kopplas den fotoelektriska effekten till

digitalkameran i första hand men även till flera andra applikationer. Dock så saknar

Ergo verklighetsanknytning för Materiens vågegenskaper och Atomens

elektronstruktur samt visar inte på nyttan för Våg- och partikelbeskrivning av

elektromagnetisk strålning och Atomens elektronstruktur.

3.2 Fysik

Allt material i boken är förlagt i kapitlet Elektromagnetisk strålning vilket i

sammanhanget får sägas vara en väldigt generös rubricering jämfört med den senare

delen av kapitlet när atomens elektronstruktur, våg- och partikeldualism samt

kvantfysik tas upp. Kapitlet präglas av många och väl presenterade applikationer samt

rikligt med räkneexempel. I Tabell 2 presenteras resultatet från analysen utifrån

analysverktygets kategorisering.


Fysik förklarar på det stora hela sina begrepp på ett bra och utförligt sätt. I

beskrivningen av emissionsspektra skulle det kunna tas med hur atomer kan bli

exciterade för att sedan deexciteras och avge fotoner. För absorptionsspektra skulle en

förklaring av vad som händer med de absorberade fotonerna, alltså att de sänds ut

igen men i alla riktningar, kunna vara till glädje för läsaren.

Till majoriteten av momenten finns det exempel som tydliggör och bäddar för

uppgifterna i slutet av kapitlet. Undantagen är för emissions- och absorptionsspektra

som helt saknar exempel. Exemplen är oftast omfattande och i majoriteten av

exemplen finns det även förklarande text i antingen själva frågan eller i svaret och

exemplen är tydligt kopplade till texten och de lagar som presenteras.

Antalet figurer och hur de är kopplade till texten varierar från moment till moment.

Atomens elektronstruktur har överlägset flest figurer, vilket är nödvändigt för att visa

atomens elektronstruktur. Till fotonbegreppet finns en figur som enligt boken visar

”Tre fotoner på väg till höger” men som egentligen inte tillför något eller hjälper

texten med förståelsen. Materiens vågegenskaper saknar helt figur. Figuren till

emissions- och absorptionsspektra är innehållsmässigt i minsta laget för att få uppfylla

en 2a och hade gärna fått innehålla mer information än endast ett kontinuerligt

spektrum, emissionsspektrum och absorptionsspektrum rakt upp och ner.

16

Att få till en fullständig matematisk härledning av olika moment kan vara väldigt

svårt vilket blir tydligt i och med Plancks lag och hur boken beskriver att Wiens

strålningslag samt Stefan-Boltzmanns lag kan härledas utifrån den men att de inte gör

det explicit utan mer i ord. I och med liknande problem är det svårt att få mer än en

poäng, om ens det, i denna underkategori. Den fotoelektriska effekten ges en god

matematisk förklaring till varför den fotoelektriska formeln kan skrivas

ℎ𝑓 = 𝑊𝑢 + 𝐸𝑘.

Fysik saknar helt experiment kopplade till avsnitten som rör de kvantmekaniska

delarna.

Tabell 2: Sammanfattning av de poäng som Fysik har tilldelats av analysen. Kolumn 1 innehåller

kategorier från analysverktyget och kolumn 2–8 de moment som rör de kvantmekaniska

delarna av det centrala innehållet.

Begrepp, modell, teori och arbetsmetod

Våg

- o

ch p

arti

kel

bes

kri

vn

ing a

v

elek

tro

mag

net

isk

str

åln

ing

Fo

toel

ektr

isk

a ef

fek

ten

Fo

ton

beg

rep

pet

Mat

erie

ns

våg

egen

skap

er

Ato

men

s el

ektr

on

stru

ktu

r

Ab

sorp

tio

nss

pek

tra

Em

issi

on

ssp

ektr

a

Kategori #1


Exempel 2 2 2 2 2 0 0

Figur 2 2 1 0 2 2 2

Matematik 0 1 0 0 0 0 0


Kategori #2




Kategori #3



Totalt 10 10 10 8 9 6 4

17


Uppgifter att lösa finns sist i kapitlet och totalt är där 28 stycken, och dessa är

fördelade på de fem första kolumnerna i Tabell 2, några uppgifter till emissions- och

absorptionsspektra finns alltså inte. Uppgifterna fungerar bra för att repetera den

information som har presenterats i texten men mer utmanande uppgifter som även

som testar läsarens analyserande förmåga saknas. Inom våg- och partikelskrivning av

elektromagnetisk strålning samt materiens vågegenskaper finns det några uppgifter

som kopplar samman den nya kunskapen med tidigare avsnitt av boken.


I några av momenten presenteras nyttan så som laser, laserpincett, laserkylning och

laserspektroskopi men för andra moment saknas kopplingen till nyttan av dem.

3.3 Heureka

Heureka delar upp materialet i två kapitel, Elektromagnetisk strålning och Atomen.

Det första kapitlet täcker våg och partikelbeskrivning av elektromagnetisk strålning,

orientering av elektromagnetisk strålning, fotoelektriska effekten, fotonbegreppet

samt materiens vågegenskaper medan det andra kapitlet täcker atomens

elektronstruktur, absorptionsspektra samt emissionsspektra. Heureka använder sig,

utöver brödtexten, av faktarutor där begrepp och lagar förklaras. I Tabell 3



Momenten i boken förklaras relativt väl i de flesta fall, både med definitionsrutor och

text, men med Atomens elektronstruktur och Emissionsspektra är förklaringarna

bristfälliga. I det första fallet tas det upp hur elektronerna i en atom endast kan finnas i

vissa tillstånd men det tas inte alls upp hur denna struktur skulle kunna se ut. För

emissionsspektra finns inte ens den benämningen, som är en del av det centrala

innehållet, med. Istället det kallas för linjespektrum och benämns endast som ytligast.

Heureka har inte exempel till varje moment men när de dyker upp är de direkt

kopplade till texten eller som med Fotoelektriska effekten är det relaterat till det

historiska experiment som finns med precis innan Plancks konstant bestäms.

Figurer finns till alla moment i kapitlet men till exempel så saknas det en figur på hur

atomen och dess elektronstruktur ser ut enligt Bohrs atommodell då boken nöjer sig

med ett energinivådiagram för att illustrera det.

Matematiska förklaringar används i samband med momenten Fotoelektriska effekten

och Materiens vågegenskaper men de är av relativt enkel natur.

Till majoriteteten av momenten tar boken upp experiment som antingen är av

historisk karaktär som för partiklars vågnatur där elektroner reflekteras på en kristall

eller mer detaljerat för Atomens elektronstruktur och Absorptionsspektra där de

18

bestämmer energinivåer med accelererade elektroner respektive absorberar fotoner i

en natriumgas.


Heureka har en god uppsättning uppgifter för läsaren att lösa i slutet av de båda

kapitlen, och det finns både enklare uppgifter som endast kräver att man sätter in ett

tal i en känd formel men även svårare uppgifter som antingen kräver omskrivningar

eller att flera olika formler används för att få fram ett svar. Speciellt Materiens

vågegenskaper har ett rikligt antal uppgifter som dels kräver att läsaren själv

analyserar och reflekterar men även uppgifter som kopplar till andra delar av boken

som till exempel en elektron som befinner sig i omloppsbana kring en elektrisk

ledare.

Tabell 3: Sammanfattning av de poäng som Heureka har tilldelats av analysen. Kolumn 1

innehåller kategorier från analysverktyget och kolumn 2–8 de moment som rör de

kvantmekaniska delarna av det centrala innehållet.


Våg

- o

ch p

arti

kel

bes

kri

vn

ing a

v

elek

tro

mag

net

isk

str

åln

ing

Fo

toel

ektr

isk

a ef

fek

ten

Fo

ton

beg

rep

pet

Mat

erie

ns

våg

egen

skap

er

Ato

men

s el

ektr

on

stru

ktu

r

Ab

sorp

tio

nss

pek

tra

Em

issi

on

ssp

ektr

a

Kategori #1


Exempel 0 2 2 2 2 0 0

Figur 2 2 2 2 2 2 2

Matematik 0 1 0 1 0 0 0


Kategori #2




Kategori #3



Totalt 9 13 8 14 9 11 6

19

Kapitlen har efter en del stycken Tänk till! som lyfter frågor som ska få läsaren att

tänka till och fundera på problem som inte är självklara, till exempel ”Interferens och

diffraktion visar på vågegenskaper. Hur är det med reflektion och brytning? Kan

partiklar reflekteras mot ett medium eller ändra rörelseriktning när de passerar in i ett

annat medium?” (Heureka! s240). I några fall ger dessa frågor en chans för läsaren att

analysera och reflektera.


Heureka kopplar momentet lite till verkligheten och nyttan av dem. Undantagen är

svartkroppsstrålning som kopplas till lampor som bygger på temperaturstrålning och

hur lite av strålningen som ligger inom det synliga spektret samt absorptionsspektra

och hur ozon bildas i atmosfären och sedan absorberar, för oss människor, skadlig

UV-strålning från solen. I resterande moment saknas verklighetsanknytningen helt.

Nyttan av momenten som studeras i denne studie saknas helt men värt att notera är att

boken ägnar ett helt kapitel på åtta sidor åt tillämpningar av elektromagnetisk

strålning, dock inte direkt relaterat till momenten som studeras här.

3.4 Impuls

Impuls har i kapitel 4, Vågor och partiklar, förlagt de delar med koppling till de

kvantmekaniskt relaterade avsnitten samt vågrörelse och stråloptik. I Tabell 4



Impuls är genomgående grundlig i att definiera de nya momenten med text, figurer

och ibland definitionsrutor. Speciellt i Atomens elektronstruktur går boken extra långt

med införande av kvanttalen och hur de olika energinivåerna förhåller sig till

varandra.

För de flesta moment finns det i slutet av avsnittet ett eller flera räkneexempel som

anknyter till texten och som täcker momenten väl. För Absorptionsspektra finns det

ett exempel utan räkning, där läsaren utifrån ett absorptionsspektrum ska försöka

identifiera vilka ämnen ett prov innehåller, och för Emissionsspektra saknas det helt

exempel.

Boken har ett stort antal figurer till momenten. Dels figurer som tydliggör momenten

men också från experiment och bilder av ren allmän karaktär, som till exempel en bild

över hur ESS i Lund kommer att se ut när den är färdigbyggd (Impuls, 270). Till

Materiens vågegenskaper saknas det en relaterande figur även om det lite senare i

avsnittet finns en figur som visar elektrondiffraktion från en kiselkristall (Impuls,

269).

20

Tabell 4: Sammanfattning av de poäng som Impuls har tilldelats av analysen. Kolumn 1

innehåller kategorier från analysverktyget och kolumn 2–8 de moment som rör de

kvantmekaniska delarna av det centrala innehållet.


Våg

- o

ch p

arti

kel

bes

kri

vn

ing a

v

elek

tro

mag

net

isk

str

åln

ing

Fo

toel

ektr

isk

a ef

fek

ten

Fo

ton

beg

rep

pet

Mat

erie

ns

våg

egen

skap

er

Ato

men

s el

ektr

on

stru

ktu

r

Ab

sorp

tio

nss

pek

tra

Em

issi

on

ssp

ektr

a

Kategori #1


Exempel 2 2 2 2 2 1 0

Figur 2 2 2 0 2 2 2

Matematik 0 0 0 0 1 0 0


Kategori #2




Kategori #3



Totalt 11 11 8 9 8 9 8

Impuls har, likt Fysik, börjat med Plancks strålningslag och sedan utifrån den

motiverat Wiens förskjutningslag och Stefan-Boltzmanns lag. För Fotonbegreppet

hade de kunnat visa på hur Einstein från sin speciella relativitetsteori erhåller fotonens

rörelsemängd men de väljer att endast säga att det skedde och ger resultatet. För

väteatomen härleder boken nivåernas energi enligt

𝐸𝑛 = −13,6

𝑛2 eV

I de övriga momenten saknas en matematisk förklaring av tillräcklig grad för att

erhålla poäng i kategorin.

Experiment är för dessa momenten inte vanliga utan nämns endast i samband med

Fotoelektriska effekten för att kunna bestämma utträdesarbetet för en metall. I slutet

av kapitlet finns det så kallade Prova själv-uppgifter som är av enklare karaktär i stil

med ”Håll upp handen mot en lampa. Håll handen ungefär en halvmeter från ansiktet

och skapa en smal glipa mellan två fingrar. Efter lite trixande kan du se ett

21

diffraktionsmönster mellan fingrarna. Hur ser mönstret ut?” eller ”Blås såpbubblor

och njut av de vackra interferensfenomenen” och kan inte ge poäng för i

underkategorin Experiment.


Impuls är den lärobok som har överlägset flest uppgifter för läsaren att lösa. Till att

börja med har de uppgifter efter varje avsnitt där antalet uppgifter oftast är mellan 6–

10 stycken. Utöver det har de i slutet av kapitlet uppgifter som är uppdelade efter

svårighetsgrad, en, två eller tre stjärnor. Utöver det har de även Fundera och

diskutera som innehåller uppgifter av mer diskuterande karaktär.

Även om boken har många uppgifter jämfört med de andra läromedlen i denna studie,

uppfyller de inte alla krav i analysverktyget för att nå målet. Räkneuppgifter finns för

de flesta momenten med Absorptionsspektra och Emissionsspektra som undantag. För

Atomens elektronstruktur finns endast räkneuppgifter av enklare slag som inte kräver

större förståelse.

Uppgifter som antingen kräver en större förståelse eller anknyter till en större

förståelse och tidigare moment finns det endast enstaka. Våg- och partikelbeskrivning

av elektromagnetisk strålning har uppgifter av analyserande karaktär och Materiens

vågegenskaper har uppgifter som kräver större förståelse.


Impuls knyter an till verkligheten och nyttan av momenten i flertalet av momenten

men till exempel Fotonbegreppet och Materiens vågegenskaper saknar både

verklighetsanknytningen och nyttan.

22

3.5 Läroböckernas innehåll

3.5.1 Ergo

I Tabell 5 presenteras de kvantitativa parametrarna sidomfång, antal övningsuppgifter

och antal exempel.

Tabell 5: Sammanfattning av den kvantitativa analysen för Ergo. Kolumn 1 är kategori, kolumn

2 är antalet sidor och kolumn 3 andelen jämfört med hela boken.

Antal Andel

Sidomfång 44 12,98%

Övningsuppgifter 26 11,61%

Exempel 11 10,48%

Kapitlet börjar med ett kort stycke om mörka linjer i solens spektra och att man på

tidigt 1800-tal inte visste varför de uppkom.

Första avsnittet tar upp Bohrs atommodell och inleder med Plancks antagande om att

atomer endast kan utbyta energi i kvanta och att Einstein såg ljus som en ström av

kvanta med energin

𝑊 = ℎ𝑓.

Boken tar sedan upp Bohrs postulat om att atomer dels kan befinna sig i olika

energitillstånd och att skillnaden mellan de energitillstånden måste motsvara energin

för en foton enligt

ℎ𝑓 = 𝑊𝑛 − 𝑊𝑚

där 𝑛 > 𝑚 samt n och m båda är heltal. Till Bohrs postulat finns en figur som visar

hur de olika energitillstånden kan se ut och hur elektroner som skiftar energinivå

förändrar atomens energi. Tre sätt att höja en atoms energitillstånd beskrivs;

uppvärmning av atomen, kollisioner mellan elektroner och atomer samt sända ljus på

atomen. Väteatomen och uttrycket för energinivåerna

𝑊𝑛 = −13,60

𝑛2𝑒𝑉

tas upp men varför energinivåerna har negativa värden varken nämns eller förklaras.

Boken tar upp Balmerserien, med formel, Rydbergs formel, utan formel, samt

Paschenserien och Lymanserien, båda utan formel. När Rydbergs formel ändå tas upp

och sägs gälla för alla spektralserier för alla atomer skulle boken kunna visa hur den i

sin tur kan ge de spektralserier som sedan nämns och kort förklaras. Avsnittet avslutas

sedan med en kort diskussion kring Bohrs atommodells validitet för andra atomer än

väteatomen.

Emissionsspektra förklaras med att atomer sänder ut energi i form av fotoner och

boken har två figurer på olika, enkla, linjespektrum och tar upp hur varje grundämne

23

har sitt karakteristiska linjespektrum. Bandspektrum tas även det upp tillsammans

med en figur som illustrerar ett bandspektrum från lysande kvävgas. Som en

fortsättning på linjespektrum och bandspektrum kommer sedan kontinuerligt

spektrum och hur det uppkommer när fasta ämnen eller vätskor är så varma att de

sänder ut ljus genom att glöda. När sedan absorption beskrivs görs det tillsammans

med en figur som kopplar samman det med emission. Där tas även upp att det mörka

strecket i absorptionspektrat uppkommer därför att de absorberade fotonerna hade en

riktning medan de som sedan sänds ut, med samma våglängd, gör det i alla riktningar.

Luminiscens tas upp med äldre dator- eller tv-skärmar som exempel och sedan

avslutas avsnittet med en återkoppling till början av kapitlet med att berätta att solens

spektrum har sina mörka linjer för att atmosfären absorberar vissa våglängder av

solljuset som träffar jorden.

Den fotoelektriska effekten tas upp genom att presentera ett experiment där vitt ljus

som strålar på en metall kan få elektroner att lämna ytan medan enfärgat ljus ibland

får det att hända och ibland inte samt hur det beror på frekvensen, men inte

intensiteten, av ljuset. Varje metall har sin specifika gränsfrekvens 𝑓𝑔 som anger

vilken frekvens ljuset minst måste ha för att kunna slå ut elektroner från metallytan,

alltså

𝑓 > 𝑓𝑔

och att den klassiska vågteorin inte kan förklara varför det är på det sättet. Sedan tar

boken upp Einsteins förklaring om hur ljus kan ses som en ström av energikvanta som

avger energi endast till en elektron och att elektronen endast får energi av en foton.

Fotonens energi 𝑊 = ℎ𝑓 fördelas på utträdesarbetet 𝑊𝑢 och kinetisk energi 𝑊𝑘 för

elektronen enligt

ℎ𝑓 = 𝑊𝑢 + 𝑊𝑘

och att fotonens energi då måste vara

ℎ𝑓 ≥ 𝑊𝑢

för att någon fotoelektrisk effekt ska inträffa. Avsnittet avslutas med ett exempel om

digitala kameror och deras upplösning.

Fotonens rörelsemängd härleds från Einsteins definition av rörelsemängd från

relativitetsteorin som tas upp i Fysik 1 som

𝐸2 = 𝑝2𝑐2 + 𝑚2𝑐4

Eftersom fotoner är masslösa partiklar, 𝑚 = 0, fås

𝐸 = 𝑝𝑐

och det tillsammans med kvanthypotesen, 𝐸 = ℎ𝑓, ger ℎ𝑓 = 𝑝𝑐 vilket tillsammans

med 𝑓 =𝑐

𝜆 ger

𝑝 =ℎ

𝜆

24

En figur till avsnittet visar hur en atom som sänder ut en foton kommer att få

rörelsemängd riktat åt motsatt riktning.

Våg- och partikeldualiteten motiveras med att ytterligare befästa fotonens

partikelegenskaper med Comptoneffekten där fotonen, genom en elastisk stöt, överför

en del av sin energi, och därmed sänker sin frekvens, till elektronen. Därefter tar

boken upp den omvända dualiteten, alltså när partiklar även uppvisar vågegenskaper

och de Broglies hypotes om att en partikel har en våglängd, precis som för en våg,

som är

𝜆 =ℎ

𝑝

Boken beskriver hur elektroner kan bilda interferensmönster när de sänds genom ett

gitter för att sedan träffar en metallfolie. Vidare tas elektronmikroskop upp och även

sveptunnelmikroskop för att i samband med det nämna hur elektroner kan tunnla från

en plats till en annan. Liknande experiment som när en ström av elektroner bildar ett

interferensmönster där det istället skickas fotoner eller elektroner, men endast en och

en, genom en dubbelspalt. Även i de experimenten uppstår interferensmönster och

utifrån det definieras kvantparadoxen som

Elektroner och fotoner uppträder som partiklar, men vi måste använda vågor för att

beskriva hur partiklarna rör sig.

Heisenbergs osäkerhetsrelationer presenteras som ett mått på oskärpa i mätningar

rörande rörelsemängd och position samt energi och tid enligt följande relationer

Δ𝑝 ∙ Δ𝑥 ≥ℎ

4𝜋

ΔE ∙ Δt ≥ℎ

4𝜋

Till dessa osäkerhetsrelationer har boken två stycken kortare exempel för att

tydliggöra denna oskärpa men risken med just de exemplen är att de väcker ytterligare

frågor då deras direkt koppling till relationerna ovan inte är tillräckligt tydlig.

Avsnittet avslutas med en diskussion om vad kvantfysik innebär för människor och

det ypperliga exemplet med transistorn tas upp i ett lite längre stycke, men vilken eller

vilka delar som tidigare har tagits upp i kapitlet som har möjliggjort transistorn nämns

inte.

Kapitlet avslutas med diskussion om varje fysikalisk upptäckts giltighet och vad som

kan tänkas komma i framtiden för slags upptäckter, och hur de i så fall skulle behöva

kunna förena standardmodellen med Einsteins generella relativitetsteori.

Svartkroppsstrålning, eller termisk strålning som boken kallar det, tas som sagt upp

sist i kapitel 7 om induktion. Boken inleder med att säga att alla föremål sänder ut

elektromagnetisk strålning och att det sker vid alla temperaturer. Sedan kopplar boken

samman den strålningen med spektrum från kapitel 3 genom att säga att termisk

strålning innehåller alla våglängder, alltså att dess spektrum är kontinuerligt. Därefter

25

fortsätter de med att säga att föremål som absorberar mycket strålning även emitterar

mycket strålning. Boken definierar en svart kropp som ett föremål som absorberar all

strålning som träffar den. Utstrålningstätheten definieras som

𝑈 =𝑃

𝐴

Planck strålningslag förklaras kort och i en figur visas olika Planckkurvor upp men

boken väljer att inte presentera Plancks strålningslag eller använda den för att i sin tur

härleda Wiens förskjutningslag eller Stefan-Boltzmanns lag. Wiens förskjutningslag

definieras som

𝜆𝑚𝑎𝑥𝑇 = 𝑎

och det poängteras att Wien kom fram till sin lag innan Planck kom fram till sin

strålningslag. Stefan-Boltzmanns lag beskrivs tillsammans med en figur där man kan

utläsa att den totala utstrålningstätheten motsvarar arean under Planckkurvan för den

temperaturen och är

𝑈 = 𝜎𝑇4

Även här påpekas det att Stefan och Boltzmann kom fram till detta resultat innan

Planck kom med sin strålningslag.

3.5.2 Fysik


och antal exempel.

Tabell 6: Sammanfattning av den kvantitativa analysen för Fysik. Kolumn 1 är kategori, kolumn

2 är antalet sidor och kolumn 3 andelen jämfört med hela boken.

Antal Andel



Exempel 6 11,11%

Kapitlet inleds med en beskrivning av hur en laddning som accelereras kommer att

skapa en förändring i det elektriska och magnetiska fältet och att denna förändring

breder ut sig likt en våg, en elektromagnetisk våg. Det nämns också hur

energiinnehållet inte alls beter sig som en våg när man tittar närmre. Här läggs

grunden dels för avsnittet efter där värmestrålning på liknande sätt motiveras med

hjälp av laddningar som rör på sig samt för fotonens kvantisering av energi.

Värmestrålning beskrivs som sagt med att laddningar rör på sig och att det

tillsammans med den inledande meningen ”Allt innehåller laddningar” leder till att

allt som har en temperatur över 0 K skickar ut värmestrålning. Begreppet

svartkroppsstrålning används aldrig i boken även om svartkropp och strålning

förekommer frekvent. Vad som händer om en kropp strålar ut mer, mindre eller lika

26

mycket som den absorberar tas också upp. En svartkropp beskrivs som en kropp som

har noll albedo. Albedo förklaras kort med att en kropp med noll albedo absorberar all

energi och emitterar densamma. Albedo har sen tidigare dykt upp i boken men även

där förklaras termen inte mer ingående och riskerar att inte hjälpa definitionen av

svartkropp när det begrepp som ska hjälpa förståelsen i sig inte är tillräckligt förklarat

och grundat sedan tidigare. Sedan kan förklaringen, ”… den absorberar all energi som

träffar den och emitterar densamma.”, missförstås som att all absorberad energi

skickas ut igen direkt likt reflektion. Strålningstätheten

𝑀 =𝑃

𝐴

definieras och benämns som emittans.

Plancks strålningslag presenteras inte med någon motivation, utan istället med en kort

efterföljande text om att den inte är enkel och att någon fördjupning av den inte

kommer att ske. Plancks strålningslag används som motivation för hur Stefan-

Boltzmanns lag och Wiens förskjutningslag tas fram. Stefan-Boltzmanns lag

motiveras genom att integrera en Planckkurva över alla våglängder och Wiens

förskjutningslag fås genom att hitta maxima för en Planckkurva genom att derivera

Plancks strålningslag, sätta derivatan till noll och sedan finna våglängden. Ett

intressant sätt att ta upp de båda lagarna på och som konceptuellt borde fungera bra

även om de explicita beräkningarna är på en högre nivå än kursens.

Boken har en figur på tre olika Planckkurvor som visar hur emittansen ser ut vid

olika temperaturer och hur emittansen förhåller sig till det synliga spektret. Boken har

sedan ett exempel där Wiens strålningslag och Stefan-Boltzmanns lag krävs för att

lösa uppgifterna.

I nästa avsnitt beskrivs Plancks idé om energikvanta och hur Einstein tänkte sig

strålningen som energikvanta kallade fotoner med energin

𝐸 = ℎ𝑓

Sedan följer relativt ingående beskrivningar av två applikationer, laserpincett och

laserkylning, där fotonens rörelsemängd beskrivs och används i det första exemplet.

Einsteins fotonteori används som motivation till varför den fotoelektriska effekten

uppkommer. Energin som en foton behöver för att få en elektron att lämna en metall

definieras som utträdesarbete och skiljer sig från metall till metall. Boken har en figur

som illustrerar konceptet. Dock saknas experimentuppställningen för hur

utträdesarbetet beräknas. Utträdesarbetet används sedan för att definiera

gränsfrekvensen, frekvensen som krävs för att fotonens energi ska vara lika stor som

utträdesarbetet. Därefter beskrivs vad som händer om fotonens energi är mindre än,

lika stor eller större än utträdesarbetet. Den fotoelektriska formeln definieras som

ℎ𝑓 = 𝑊𝑢 + 𝐸𝑘

27

Avsnittet avslutas med ett exempel där ljus med högre energi än utträdesarbetet

belyser en metall.

Boken använder återigen Planck och Einstein för att lägga grunden till ett ytterligare

avsnitt, i detta fall Bohrs atommodell. Boken beskriver elektronernas banor, att

elektronerna kan byta banor och att deras placering bestämmer vilket tillstånd atomen

är i. Därefter gör boken en jämförelse med en låda som bara kan lyftas till specifika

höjder där dess lägesenergi, 𝑚𝑔ℎ, då skulle förändras beroende på vilken hylla lådan

lyfts upp till. Sedan beskrivs hur en elektron kan flytta mellan banor och till detta

finns det illustrerande figurer och exempel sammanvävda med texten. Exemplen

tillsammans med applikationer tar i detta avsnittet en avsevärd plats och grundtexten

gör ett uppehåll på fem sidor där innan den återupptas igen för att avsluta med ett kort

stycke om väteatomen och sambandet för dess energinivåer

𝐸𝑛 = −𝐵

𝑛2 J

tillsammans med ett exempel. Dessförinnan tas lasern upp som applikation över två

sidor.

Emissions- och absorptionsspektra tas upp relativt kort i löpande text och kopplas till

en figur med de olika spektran tillsammans med ett kontinuerligt spektra. Sedan

kopplas de till laserspektroskopi.

Partiklars vågegenskaper tas upp tillsammans med uttrycket

𝜆 =ℎ

𝑝

Avsnittet avslutas med ett påstående om att partiklar har vissa egenskaper som vågor

har men inga exempel ges vad det är för vågegenskaper som partiklar saknar.

Kapitlet avslutas med ett avsnitt som är av mer sammanfattande och utblicksliknande

karaktär med namnet kvantfysik. Heisenbergs osäkerhetsprincip tas upp och

konsekvensen av den i form av orbitaler istället för banor på precisa avstånd från

atomkärnan. Schrödingerekvationen

𝑖ℏ𝜕

𝜕𝑡𝜓 = �̂�𝜓

presenteras och boken tar upp att den är användbar för små föremål. En jämförelse

görs med Newtons 2:a lag där Schrödingerekvationen sägs vara för små föremål vad

Newtons 2:a lag är för stora föremål samt att Schrödingerekvationen endast kan ge

sannolikheten för små föremål. Boken nämner även kvantelektrodynamiken och vad

några av följderna av den kvantmekaniska synen är.

28

3.5.3 Heureka


och antal exempel.

Tabell 7: Sammanfattning av den kvantitativa analysen för Heureka. Kolumn 1 är kategori,

kolumn 2 är antalet sidor och kolumn 3 andelen jämfört med hela boken.

Antal Andel



Exempel 8 15,69%

Heureka har delat upp materialet som studeras i detta arbete i två kapitel där det första

är kapitel 12, Elektromagnetisk strålning, och det andra är kapitel 14, Atomen.

Elektromagnetisk strålning

Boken inleder med ett kort avsnitt om ljus där det tas upp hur ljus sänds ut när

elektriskt laddade partiklar ändrar sin rörelse och att ljus kan ses som både en

elektromagnetisk vågrörelse och som partiklar eller fotoner samt att

partikelbeskrivningen av ljus är som mest märkbar vid höga energier. Sedan följer

svartkroppsstrålning som inleder med förklaringar av begrepp som strålningsjämvikt,

absolut svart, universell samt emittans. Efter det följer Wiens förskjutningslag och

Stefan-Boltzmanns lag tillsammans med en figur som dels visar på strålningen vid

olika temperaturer och dels ackumulerad strålning allt eftersom våglängden ökar.

I avsnittet som följer tar boken upp Plancks antagande att en svart kropp sänder ut

energi i form av paket med energin

𝐸 = ℎ𝑓

och att det ledde till att formeln för den spektrala emittansen blev

𝑑𝑀

𝑑𝜆=

2𝜋ℎ𝑐2

𝜆5(𝑒ℎ𝑐

𝜆𝐾𝑡−1)

.

I avsnittet benämnt Einstein och fotonen presenterar boken Einsteins fotoelektriska

effekt och vad utträdesenergin har för följd på huruvida en foton kan få en elektron att

lämna ytan och vad dess rörelseenergi sedermera är, visat med energibevarandet

ℎ𝑓 = 𝐸𝑢 + 𝐸𝑘

Uppställningen för att experimentellt bestämma Plancks konstant med hjälp av den

fotoelektriska effekten avslutar avsnittet tillsammans med ett tillhörande exempel.

Enheten elektronvolt tillägnas ett kort avsnitt där enhetens definition sägs vara ”den

ändring av kinetiska energin som en partikel med elementarladdningen e får när den

passerar spänningen 1 V”. Ett mer lämpligt ordval skulle kunna vara accelereras

29

istället för passerar för att understryka att spänningen på 1 V just accelererar partikeln

och på så sätt tillför kinetisk energi.

Sedan knyter boken åter an till första avsnittet i kapitlet med en diskussion kring när

ljuset kan ses som vågor och när det kan ses som partiklar.

Ljuset partikelegenskaper belyses ytterligare med Comptons experiment och hur både

energin och rörelsemängden bevaras när en foton träffar en elektron som sedan får en

del av fotonens energi samt rörelseenergi. Till texten finns en figur som visar en sådan

kollision och hur den kan ske. Fotonens rörelsemängd tas fram som

𝑝 =ℎ

𝜆.

De Broglies förslag att även det som normalt ses som partiklar även kan ha

vågegenskaper tas upp i följande avsnitt och utifrån uttrycket för en fotons

rörelsemängd förslås att en partikels våglängd är

𝜆 =ℎ

𝑚𝑣

Boken fortsätter sedan med ett exempel där våglängden för en elektron med specifik

rörelseenergi beräknas och sedan används det resultatet för att bestämma hur ett gitter

ska kunna tillverkas och vilket gitteravstånd som krävs för att erhålla interferens.

Sedan avslutas avsnittet med experimentet där enstaka elektroner skickas mot en

dubbelspalt och sedan träffar en vägg vilket ger ett interferensmönster och våg- och

partikeldualiteten därmed återigen belyses.

Det avslutande avsnittet i kapitlet tar upp tillämpningar av upptäckterna från kapitlet.

Värmestrålningen, som konstant finns runtomkring oss, tas upp, mobiltelefonen och

dess olika komponenter samt huruvida strålning från en mobiltelefon är farlig eller ej.

Det är ett långt avsnitt på ca 8 sidor som ger en gedigen utblick kring vad dessa

relativt moderna upptäckter är bra för och vad de har betytt för vår vardag och

utveckling.

Atomen

Boken inleder kapitlet och avsnittet med en historisk syn på hur motiveringen av

atomen skedde genom Brownska rörelsen, Thomsons upptäckt av elektronen och

Rutherfords experiment där alfapartiklar skickades mot guldatomer. I ett exempel

beräknas storleken på en atom med hjälp av vikten på en guldatom, densiteten för

guld och tanken att en atom är kubisk i form.

Sedan beskrivs en gitterspektrometer och hur en sådan delar upp ljuset som sänds mot

den i ett spektrum eller i spektrallinjer. Boken ger ett exempel där våglängden för

blått ljus ska bestämmas med vetskapen om gittrets spalter per millimeter. Sedan tas

linjespektrum, bandspektrum och kontinuerligt spektrum upp tillsammans med en

förklaring om varför atomer som är bundna till varandra ger bandspektrum istället för

linjespektrum eller kontinuerligt spektrum.

30

Bohrs atommodell förklaras och kopplas till fotonens energi och linjespektrum där till

exempel enatomiga gaser endast sänder ut ljus med specifika våglängder och att detta

ledde Bohr till sin atommodell där elektronerna befinner sig i banor kring kärnan och

att det endast finns ett antal sådana tillåtna banor.

Boken fortsätter sedan med Bohrs atommodell applicerad på den enklaste atomen,

väteatomen. De beskriver energinivådiagram tillsammans med en figur och förklarar

grundtillstånd, jonisationsgräns och varför energitillstånd, där elektronen är bunden

till kärnan, får negativa värden. Avsnittet avslutas med ett exempel där våglängden

för utsänt ljus ska beräknas när en exciterad väteatom ska deexciteras.

Sedan tas excitation av atomer och absorptionsspektra upp. Bombardemang av atomer

med elektroner, värmerörelse och fotonabsorption tas upp som olika sätt att excitera

en atom. Ett experiment för att bestämma energinivåer presenteras, där elektroner

accelereras och skjuts genom en gas för att till slut vid rätt energi excitera atomerna i

gasen. Den accelererade elektronen tappar då energi och genom att bestämma

storleken på tappet kan energinivåer bestämmas. Absorptionsspektra presenteras

tillsammans med ett längre experiment där en gas belyses med vitt ljus för att sedan

passera ett gitter för att sedan träffa en vägg där absorptionsspektrat uppstår.

Boken beskriver sedan begränsningarna med Bohrs atommodell och att den inte kan

förklara varför elektronerna endast får befinna sig i speciella banor och varför inte

elektronerna tappar energi och faller in mot kärnan.

Boken tar upp materiens vågegenskaper och hur det går att beskriva vågfunktioner för

partiklar som i sig inte har någon fysikalisk motsvarighet men som går att använda för

att beräkna sannolikheten för var partikeln kan befinna sig. Schrödingers ekvation tas

upp och kopplingen till att den fyller samma funktion för vågfunktioner som Newtons

kraftekvation har för större föremål och att Newtons lag är ett specialfall av

Schrödingers ekvation när vågegenskaperna inte dominerar. Schrödingers ekvation

presenteras mer explicit som

−ℎ2

8𝜋2𝑚Ψ′′(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) + 𝐸𝑝Ψ(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) = 𝐸Ψ(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡)

och att |Ψ|2 ger sannolikheten för var en partikel kan finnas.

Boken tar sedan upp röntgenspektrum och att det kräver att elektroner från K-skalet

exciteras till M-skalet eller ännu längre ut och att platsen i K-skalet ersätts av en

elektron från L- eller M-skalet vilket gör att fotonerna som då sänds ut har en

våglängd som ligger i röntgenspektrat med en energi på cirka1 keV. Boken tar som

applikation av röntgenstrålar upp mammografi.

Det avslutande avsnittet i kapitlet kopplar samman den fotoelektriska effekten och

röntgenstrålar, men tar istället för de ytligaste elektronerna i en atom de som ligger i

de inre skalen som bestrålas med tillräckligt energirika fotoner för att kunna lämna

atomen helt.

31

3.5.4 Impuls


och antal exempel.

Tabell 8: Sammanfattning av den kvantitativa analysen för Impuls. Kolumn 1 är kategori,

kolumn 2 är antalet sidor och kolumn 3 andelen jämfört med hela boken.

Antal Andel



Exempel 15 12,10%

Efter några avsnitt utan relevans för denna studie är det första som dyker upp vad

boken väljer att kalla temperaturstrålning, alltså svartkroppsstrålning. Impuls ger inte,

likt andra böcker, någon förklaring till varför ett föremål börjar glöda utan nöjer sig

med att säga att det sker då föremålet värms upp. Emittans, 𝑀, definieras som effekt

som sänds ut per kvadratmeter.

𝑀 =𝑃

𝐴

Svart kropp definieras kort som ett föremål som inte reflekterar något ljus och ser

svart ut när det är kallt. Att säga att en svart kropp är svart när den är kall hjälper

boken när de sedan säger att även solen kan ses som en svart kropp även när den är

allt annat än svart. Med svartkroppstrålning börjar boken med Plancks strålningslag

som presenteras som

𝑑𝑀

𝑑𝜆=

2𝜋ℎ𝑐2

𝜆5

1

𝑒ℎ𝑐

𝜆𝑘𝑇 − 1

och hur Planck såg ljus som energikvanta i sin kvanthypotes. Genom att börja med

Plancks strålningslag kan de sedan från den härleda både Stefan-Boltzmanns lag och

Wiens förskjutningslag. Stefan-Boltzmanns lag förklaras med att Plancks

strålningslag, som är derivatan av emittansen, ger en kurva över alla våglängder och

att man således kan bestämma arean under kurvan. Arean får man fram genom att ta

integralen av Plancks strålningslag och erhålla

𝑀 =2𝜋5𝑘4

15ℎ3𝑐2𝑇4 = 𝜎𝑇4

Wiens förskjutningslag fås genom att derivera Plancks strålningslag och bestämma

var derivatan är noll, alltså vid vilken våglängd ett föremål med en viss temperatur

sänder ut som mest ljus.

𝜆𝑚𝑎𝑥𝑇 = 2,8978 ⋅ 10−3m∙K

32

Ett föremåls emissionstal definieras även, alltså hur mycket av den infallande

strålningen som absorberas, och hur det ska kopplas till Plancks strålningslag och

Stefan-Boltzmanns lag.

Fotoelektriska effekten presenteras med historiken bakom den, vilket experiment som

ledde fram till upptäckten av den och att den kan beskrivas som

𝐸𝑘 = ℎ𝑓 − 𝐸0

med elektronens kinetiska energi 𝐸𝑘, fotonens frekvens 𝑓 och det så kallade

utträdesarbetet 𝐸0. Utträdesarbetet är det arbete som krävs för att elektronen helt ska

lämna metallytan. Sedan kommer Einsteins idé om att fotoner kan ses som

energikvanta som lämnar all sin energi till elektronen i metallytan. Fotonens energi

kan skrivas som

𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 =ℎ𝑐

𝜆

Boken tar sedan som kortast upp att ljus som passerar en dubbelspalt beter sig som en

våg i den passagen medan den beter sig som en partikel när den träffar ytan bakom

dubbelspalten. En figur eller längre förklaring till det finns inte och hade varit av

fördel i stycket.

Sedan görs en koppling till hur Einstein med hjälp av sin speciella relativitetsteori

kunde visa att fotonen har rörelsemängd

𝑝 =ℎ

𝜆

men nämner inte hur denna koppling gjordes. Detta fastän steget från

𝐸2 = 𝑚2𝑐2 + 𝑝2𝑐4, tillsammans med 𝐸 = ℎ𝑓 och 𝑓 =𝑐

𝜆, till ovan nämnda uttryck

inte är en alltför lång väg att gå. Avsnittet avslutas med några exempel på när fotoner

och dess rörelsemängd används i praktiken.

Comptoneffekten presenteras tillsammans med yttryck för fotonens våglängd före och

efter kollisionen. De tar även upp hur fotonens våglängd ökar när den efter krocken

har gett en del av sin energi till elektronen i kollisionen och det förhållandet skrivs

som

𝜆2 − 𝜆1 =ℎ

𝑚𝑐(1 − cos 𝛼)

Impuls har även ett avsnitt om parbildning som en fortsättning på Comptoneffekten

och hur det fungerar när en foton ersätts av två elektronliknande partiklar. Det tas upp

hur parbildning endast kan ske i närheten av en tung atomkärna som tar upp en del av

rörelsemängdsöverskottet men förklarar inte varför det blir ett sådant överskott.

Läsaren får här bekanta sig med Diracs föreslagna positron och att alla

elementarpartiklar har en antipartikel med motsatt laddning. Även annihilation tas upp

med skillnaden att när en elektron och positron kommer tillräckligt nära ersätts de

båda med två fotoner.

33

De sätt som fotoner kan avge delar av eller all sin energi som tidigare har tagits upp,

fotoelektriska effekten, comptoneffekten och parbildning, kopplas sedan samman och

boken visar med hjälp av en figur vid vilken fotonenergi vilket sätt som det mest

sannolika.

Härnäst kommer de Broglies förslag om att även partiklar kunde ses som vågor med

våglängden

𝜆 =ℎ

𝑚𝑣

men att vågegenskaperna endast märks för väldigt små partiklar och att våglängden

måste vara i samma storleksordning som partikeln för att ha någon betydelse. Det

leder i sin tur till att partikelns rörelsemängd är mycket liten. Boken tar sedan upp

diffraktion med partiklar och i samband med det transmissions-elektronmikroskop

och svepelektronmikroskop.

Ett uttryck för vätespektrum presenteras utan någon mer förklaring än att Balmer och

Rydberg hade funnit det matematiska sambandet för väteatomen

1

𝜆= 𝑅𝐻 (

1

𝑛12 −

1

𝑛22)

Boken fortsätter med Bohrs atommodell och inleder med hans två postulat. Sedan

härleds uttrycket för energinivåerna i väteatomen,

𝐸𝑛 = −13,6

𝑛2 eV

genom att utgå från att elektriska kraften ska vara lika centripetalkraften samt att

elektronbanans omkrets ska vara ett helt antal de Broglievåglängder. Boken visar

sedan upp energinivåerna som figurer där det först visas som banor kring en

atomkärna och sedan i ett energinivådiagram och definierar samtidigt excitation och

deexcitation samt hur deexcitationen kan ske stegvis tillbaka istället för hela hoppet

som excitationen utförde.

När boken tar upp atomspektrum gör den en ordentlig satsning, och som enda lärobok

i studien väljer att ta upp fler kvanttal än 𝑛 då de även tar upp bankvanttalet 𝑙,

magnetiska kvanttalet 𝑚1 samt spinnkvanttalet 𝑚𝑠. Var de härrör ifrån tas upp samt

vilka tal de är tillåtna att anta. Kvanttalen används sedan för att som kortast ta upp hur

elektronstrukturen för en atom kan skrivas som till exempel 2s2 men hade gärna fått ta

det längre när de redan har motiverat varför distributionen av elektroner är som den

är. Kapitlet avslutas med emission och absorption med hjälp av vad boken kallar för

atom- och molekylidentifiering. Emission förklaras med flamemission, när atomer

hettas upp och elektronerna exciteras för att sedan sända ut ljus när de deexciteras.

Absorption beskrivs genom att först tänka sig att provet förgasas för att sedan få ljus

med alla olika våglängder sänt genom sig. Ljuset exciterar elektronerna och sedan när

de faller tillbaka samma väg sänds det ljuset ut i alla riktningar och kommer inte att

synas i den riktningen som ljuset från början sändes i.

34

3.6 Jämförelse av läromedlen

Nedan i Tabell 9 och 10 följer resultatet för varje lärobok och dess poäng enligt

poängsystemet i analysverktyget. I Tabell 9 är de uppdelade efter lärobok och centralt

innehåll. I Tabell 10 är uppdelningen efter varje underkategori i analysverktyget.

Tabell 9: Sammanställning för alla läroböcker med fokus på de olika momenten. Kolumn 1

innehåller kategorier från analysverktyget, kolumn 2–8 de moment som rör de kvantmekaniska

delarna av det centrala innehållet och kolumn 9 varje boks poäng.

Begrepp, modell, teori och arbetsmetod V

åg-

och

par

tik

elb

esk

riv

nin

g a

v

elek

tro

mag

net

isk

str

åln

ing

Fo

toel

ektr

isk

a ef

fek

ten

Fo

ton

beg

rep

pet

Mat

erie

ns

våg

egen

skap

er

Ato

men

s el

ektr

on

stru

ktu

r

Ab

sorp

tio

nss

pek

tra

Em

issi

on

ssp

ektr

a

Totalt

Fysik 1 och Fysik 2 10 10 10 8 9 6 4 57

Heureka! 9 13 8 14 9 11 6 70

Ergo 13 15 16 13 11 10 12 90

Impuls 11 11 8 9 8 9 8 64

43 49 42 44 37 36 30

På det stora hela får Ergo en avsevärd mer poäng än resterande läromedel. En stor

skillnad i Ergo jämfört med de andra böckerna är hur de tar upp och behandlar

avsnitten Fotonbegreppet och Emissionsspektra. Emissionsspektra får överlag låga

poäng av resterande böcker och lägst totalpoäng av alla moment om man summerar

var boks poäng i den kategorin.

För Atomens elektronstruktur väljer alla läromedel förutom Impuls att inte ta upp så

mycket om hur elektronerna kan struktureras kring kärnan förutom när det gäller

väteatomen då alla tre tar upp energinivåerna och formeln för dess energi. Impuls tar

upp många kvanttal och vad var och ett av dem gör och får för följder.

Läromedlen har olika namn på vad som kan kallas för svartkroppsstrålning. Fysik

använder värmestrålning, Ergo använder termisk strålning, Impuls använder både

temperaturstrålning och svartkroppsstrålning samt Heureka som använder

svartkroppsstrålning.

Varken Fysik eller Impuls har experiment i någon nämnvärd utsträckning med för

momenten rörande svartkroppsstrålning, till skillnad från Ergo och Heureka.

För definitionerna är det endast Heureka som inte får full pott, vilket beror på att dess

presentation av Atomens elektronstruktur är bristfällig och saknar delar som är viktiga

för framställningen och Emissionsspektra nämns mer än förklaras till skillnad från

Absorptionsspektra som boken tar upp grundligt.

35

Tabell 10: Sammanställning för alla läroböcker med fokus på kategorierna. Kolumn 1 är

kategorierna och kolumn 2–5 är de olika läroböckerna.

Fysik Heureka Ergo Impuls

Kategori #1

Definieras 14 10 14 14

Exempel 10 8 12 11

Figur 11 14 14 12

Matematik 1 2 6 1

Experiment 0 9 7 1

Kategori #2

Räkneuppgifter 5 12 10 9

Analyserande/ reflekterande 0 3 5 1

Större förståelse 2 1 2 1

Kategori #3

Verklighetsanknytning 6 5 10 8

Nyttan med fenomenet 8 6 10 6

Totalt 57 70 90 64

En styrka Ergo har är sin matematiska förklaring av momenten vilken är lite mer

tydlig än för de andra böckerna.

Heureka och Ergo har fler experiment än Fysik och Impuls och båda har vars två

experiment som hade varit möjliga att reproducera för läsaren med rätt material. Dock

har de inte experimenten i samma moment utan Heureka har de i Atomens

elektronstruktur och Absorptionsspektra medan Ergo har de i Fotoelektriska effekten

och Fotonbegreppet. Fysik saknar helt att nämna experiment och Impuls nämner

endast ett experiment för Fotoelektriska effekten.

För räkneuppgifterna är det tydligt att Fysik saknar uppgifter som kräver en större

förståelse samt uppgifter som rör Emissionsspektra och Absorptionsspektra, vilket

även Impuls saknar. Fysik och Impuls saknar överlag även uppgifter som kräver att

läsaren analyserar eller reflekterar över uppgiften vilket Ergo å andra sidan har i alla

moment förutom för Fotoelektriska effekten och Fotonbegreppet.

Uppgifter som kräver en större förståelse och att läsaren kopplar det nya till redan

befintlig kunskap kämpar alla läromedel med och ligger ungefär på samma nivå.

För verklighetsanknytningen och nyttan med momenten ligger Ergo bättre till än de

andra böckerna.

Till sidomfångsandelen, se Tabell 11, ligger Fysik i framkant med 37 sidor och 19%

av det totala antalet sidor för kursen Fysik 2. Det är med andra ord större andel än de

andra böckerna men till antalet sidor är det samtidigt den boken som tar upp

momenten på minst antal sidor.

Antal övningsuppgifter har Impuls överlägset flest av men till andelen

övningsuppgifter syns det att det för boken är genomgående och att andra kapitel

36

också de har ett stort antal övningsuppgifter att tillgå. Ergo har minst med 26 stycken,

precis efter Fysiks 28, men ligger endast på 12% av dess totala uppgifter vilket är

klart mindre än för de andra böckerna.

För antalet exempel ligger böckerna lågt i andel med Fysik som undantag som hamnar

lite högre med 16%. Impuls som har flest med 15 stycken ligger endast på 12% i

andel.

Tabell 11: Sammanställning av den kvantitativa analysen för alla läroböcker. Kolumn 1 är

kategorier, kolumn 2-5 är respektive bok.

Fysik Heureka Ergo Impuls

Antal Andel Antal Andel Antal Andel Antal Andel

Sidomfång 37 19% 45 14% 44 13% 50 14%

Övningsuppgifter 28 19% 45 16% 26 12% 93 18%

Exempel 8 16% 6 11% 11 10% 15 12%

37

4 Diskussion

Resultatet av denna studie har visat på att, åtminstone utifrån analysverktyget som är

använt i studien, de studerade läromedlen skiljer sig åt i hur de tar upp momenten,

men även i vilken grad de presenterar dem och följer det centrala innehållet. Frågan är

hur det kan vara en så stor skillnad när tanken är att de alla ska ta upp i princip samma

material även om de vill göra det på det sätt som författarna anser vara det bästa.

Kanske är det så att till det centrala innehållet finns det ingen anvisning i hur mycket

av varje moment ska täckas. Fotonbegreppet är ett svårtytt begrepp om man som

författare ska ta ställning till vad det innebär. Svartkroppsstrålning har böckerna valt

att kalla för olika saker vilket skulle kunna vara ett resultat av att det centrala

innehållet inte preciserar hur begreppet borde benämnas. Ju mer svängrum för egna

tolkningar av sådana slag desto större skillnad kan man som läsare förvänta sig mellan

olika läromedel. Ett annat område som det skiljer sig mycket åt hur väl det tas upp är

atomens elektronstruktur, där Impuls som sagt tar upp många olika kvanttal. Jämfört

med de andra böckernas genomgång kan det ses som överkurs och om inte kursplanen

för Fysik 2 förväntar sig att det ska tas upp kan man undra över om det borde ta tid

från de timmar som kursen har till sitt förfogande.

Där kommer lärarens roll som ansvarig för vad som ska tas upp och vilket sätt det ska

göras på, för att följa läromedlet till punkt och pricka är inget krav och förmodligen

ingen lärare som gör. Dock är det känt sedan tidigare att lärare har en tendens att följa

läromedlen i hög grad (Skolverket, 2006), och då är det också rätt att fundera över de

delar av boken som kanske spretar allt för långt bort från det centrala innehållet.

Att Ergo i denna studie fick 90 poäng, vilket är avsevärt mer än de andra böckerna,

vad kan det säga om Ergo? Utifrån analysverktyget följer den utan tvekan läroplanen

bättre än vad de andra böckerna gör. Gör det boken till en bättre bok än de andra? Det

är lite mer osäkert och beror förmodligen på vad var lärare har för preferenser och

bakgrund. Men en lärare, eller rättare sagt ett helt ämneslag, som väljer Ergo och

håller sig till den i mångt och mycket kan känna sig trygg i att den följer det som

läroplanen säger ska tas upp. Men för lärare som själva bygger upp sin undervisning

själv utan att helt följa boken kanske de andra böckerna passar bättre beroende på

vilka delar läraren då använder från sin bok. Men då det allt som oftast verkar finnas

få tydliga eller formella regler för hur läroböcker väljs (Skolverket, 2006) får man

anta att valet av bok blir ett högst subjektivt val av vad som är en ”bra” eller ”dålig”

lärobok i sammanhanget.

Fysik må vara den bok som fått minst poäng i denna studie men den har det

intressanta upplägget att den täcker både Fysik 1 och Fysik 2 i samma bok. Det borde

ge boken en fördel i att kunna väva samman kurserna på ett enklare sätt då läsaren

alltid har med sig materialet för Fysik 1 när den läser Fysik 2. Fysik är även den enda

bok som inte är släppt 2012, alltså precis efter den nya läroplanen för gymnasiet

introducerades, utan 2015 vilket kanske skulle kunna ge den en lite mer modern och

38

mogen syn på vad som behöver ingå i boken för att uppfylla kurskraven, även om

detta inte är undersökt i denna studie.

Det har blivit mer och mer vanligt med onlineversioner av läromedlen vilket i sin tur

medför vissa fördelar i hur mycket material som kan finnas med. Inför detta arbete

kontaktades alla berörda bokförlag med frågan om de skulle vilja dela med sig av

provexemplar av respektive bok eller onlineversioner av dem. Studentlitteratur valde

att dela med sig av en fysisk bok medan Gleerups, Natur & Kultur samt Liber valde

att dela med sig av testversioner av deras onlineböcker. Ergos version var precis som

den fysiska boken utan några extra tillägg. Heureka hade också precis som Ergo en

kopia av den fysiska boken med tillägg som videos och enklare applikationer som

båda finns som länkar i boken. Impuls å andra sidan ett upplägg som följer den

fysiska boken men som är mer uppdelat och som avslutas med självtest där läsaren

kan testa sig själv. Fysik verkar också ha en onlineversion av sin bok men den är ej

testad.

Det är naturligtvis viktigt att läromedel generellt, och läroböcker specifikt, följer

ämnesplanen och kursplanen, men än viktigare kan vara att läroboken lämpar sig för

hur läraren som ska använda sig av boken arbetar med boken. En lärare med hög

självtillit till att den vet vad som måste ingå i undervisningen behöver inte

nödvändigtvis en bok som strikt följer det centrala innehållet utan kanske istället

behöver en bok som kompletterar lärarens undervisning. Därför går det utifrån denna

studie med relativt god säkerhet att säga att Ergo är den bok som bäst följer

ämnesplanen och kursplanen, men det går inte att säga att det är den bästa boken

generellt för alla lärare eller alla elever.

39

Referenser

Alphonce, Rune, Bergström, Lars, Gunnvald, Per, Johansson, Erik och Nilsson, Roy.

(2012). Heureka! Fysik Kurs 2. Stockholm: Natur & Kultur.

Berelson, Bernard. (1952). Content analysis in communication research. New York:

Free Press.

Bryman, Alan. (2011). Samhällsvetenskapliga metoder. 2a uppl. Malmö: Liber.

Calderon, Anders. (2012a). Hur väl överensstämmer läromedel med kursplaner och

läroplaner? Skolverket. Tillgänglig på internet:

https://www.skolverket.se/skolutveckling/forskning/didaktik/tema-laromedel/hur-val-

overensstammer-laromedel-med-kursplaner-och-laroplaner-1.181697 (Hämtad 2018-

01-01).

Calderon, Anders. (2012b). På vilket sätt kan läromedel styra undervisningen?

Skolverket. Tillgänglig på internet:

https://www.skolverket.se/skolutveckling/forskning/didaktik/tema-laromedel/pa-

vilket-satt-kan-laromedel-styra-undervisningen-1.181693 (Hämtad 2018-01-01).

Fraenkel, Lars, Gottfridsson, Daniel och Jonasson, Ulf. (2012). Impuls Fysik 2.

Malmö: Gleerups Utbildning AB.

Gustafsson, Jörgen. (2015). Fysik – Fysik 1 och 2. Lund: Studentlitteratur AB.

Lagerholm, Carina. (2015). Följer läroboken i fysik ämnesplanen och läroplanen? –

en analys av fyra läroböcker i fysik och intervju med två läroboksförfattare. Malmö

Högskola.

Nilsson, Klas, Pålsgård, Jan och Kvist, Göran. (2012). Ergo Fysik 2. 3. uppl.

Stockholm: Liber.

Posner, George J, Strike, Kenneth A, Hewson, Peter W och Gertzog, William A.

(1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual

change. Science Education 66 (2): 211-227.

Shiland, Thomas W. (1997). Quantum Mechanics and Conceptual Change in High

School Chemistry Textbooks. Journal of Research in Science Teaching 34 (5): 535-

545.

SKOLFS 2000:49. Skolverkets föreskrifter om kursplaner och betygskriterier för

kurser i ämnet fysik i gymnasieskolan och inom gymnasial vuxenutbildning.

Tillgänglig på internet: http://www.skolverket.se/skolfs?id=728 (Hämtad 2018-01-

01).

Skolinspektionen. (2010). Fysik utan dragningskraft. En kvalitetsgranskning om

lusten att lära fysik i grundskolan. Stockholm. Tillgänglig på internet:

https://www.skolinspektionen.se/sv/Beslut-och-

rapporter/Publikationer/Granskningsrapport/Kvalitetsgranskning/Fysik-utan-

dragningskraft/ (Hämtad 2018-01-01).

40

SFS 2010:800. Skollag.

Skolverket. (2006). Läromedlens roll i undervisningen. Grundskollärares val,

användning och bedömning av läromedel i bild, engelska och samhällskunskap.

Stockholm.

Skolverket. (2011a). Ämnesplan fysik gymnasieskolan. Stockholm: Skolverket.

Tillgänglig på internet: https://www.skolverket.se/laroplaner-amnen-och-

kurser/gymnasieutbildning/gymnasieskola/fys (Hämtad 2018-01-01).

Skolverket. (2011b). Läroplan för gymnasieskolan 2011, examensmål och

gymnasiegemensamma ämnen. Stockholm: Skolverket.

Åman, Ken. (2007). Hur gymnasieböcker i fysik behandlar kursplansmål med

kvantmekanisk anknytning. Umeå Universitet.

Östrand, Fredrik. (2005). Att använda eller inte använda läroboken – Åsikter hos

gymnasielärare i naturkunskap och biologi till läroböcker och deras användning av

läroböcker i undervisningen.

uppfyller läroböcker i fysik...

Documents